電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)牛頓—拉夫遜法潮流分析與計算的設(shè)計

1、電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計報告書院(部)別 班 級 學(xué) 號 姓 名 指導(dǎo)教師 時 間 1.29 課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書題 目 電力系統(tǒng)分析課程設(shè)計 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 11 月 18 日至 11 月 29 日 共 2 周指導(dǎo)教師(簽字) 院 長(簽字) 年 月 日一、設(shè)計內(nèi)容及要求復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)牛頓拉夫遜法潮流分析與計算的設(shè)計電力系統(tǒng)潮流計算是電力系統(tǒng)中一項最基本的計算，設(shè)計內(nèi)容為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)潮流計算的計算機算法牛頓-拉夫遜法。首先，根據(jù)給定的電力系統(tǒng)簡圖，通過手算完成計算機算法的兩次迭代過程，從而加深對牛頓-拉夫遜法的理解，有助于計算機編程的應(yīng)用。其次，利用計算機編程對電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)

2、運行的各參數(shù)進行解析和計算；編程完成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點導(dǎo)納矩陣的形成；電力系統(tǒng)支路改變、節(jié)點增減的程序變化；編程完成各元件的功率損耗、各段網(wǎng)絡(luò)的電壓損耗、各點電壓、功率大小和方向的計算。二、設(shè)計原始資料1、給出一個六節(jié)點、環(huán)網(wǎng)、兩電源和多引出的電力系統(tǒng)；2、給出一個五節(jié)點、環(huán)網(wǎng)、兩電源和多引出的電力系統(tǒng)；參數(shù)給定，可以選用直角坐標表示的牛拉公式計算，也可以選用極坐標表示的牛拉公式計算。三、設(shè)計完成后提交的文件和圖表1計算說明書部分設(shè)計報告和手算潮流的步驟及結(jié)果2圖紙部分：電氣接線圖及等值電路；潮流計算的計算機算法，即程序；運算結(jié)果等以圖片的形式附在設(shè)計報告中。四、進程安排第一周：第一天上午：選題，

3、查資料，制定設(shè)計方案；第一天下午第五天：復(fù)習(xí)潮流計算的計算機算法，完成給定網(wǎng)絡(luò)的潮流計算；第二周：第一四天：利用matlab編程完成潮流計算，并對照手算結(jié)果，分析誤差第五天下午：答辯，交設(shè)計報告。五、主要參考資料電力系統(tǒng)分析（第三版） 于永源主編，中國電力出版社，2007年電力系統(tǒng)分析，何仰贊 溫增銀編著，華中科技大學(xué)出版社，2002年版；電力系統(tǒng)分析，韓楨祥主編，浙江大學(xué)出版社，2001年版；電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析，陳珩 編，水利電力出版社；復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)N-R法潮流分析與計算的設(shè)計電力系統(tǒng)的潮流計算是電力系統(tǒng)分析課程基本計算的核心部分之一。它既有自身的獨立意義，又有電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計、運行和研究的理論基

4、礎(chǔ)，因此課程設(shè)計的重要性自不待言。一、 設(shè)計題目1.系統(tǒng)圖的確定選擇六節(jié)點、環(huán)網(wǎng)、兩電源和多引出的電力系統(tǒng)，簡化電力系統(tǒng)圖如圖1所示，等值導(dǎo)納圖如圖2所示。運用以直角坐標表示的牛頓-拉夫遜計算如圖1所示系統(tǒng)中的潮流分布。計算精度要求各節(jié)點電壓的誤差或修正量不大于。 圖1 電力系統(tǒng)圖圖2 電力系統(tǒng)等值導(dǎo)納圖2.各節(jié)點的初值及阻抗參數(shù)該系統(tǒng)中，節(jié)點為平衡節(jié)點，保持=1.05+j0為定值，節(jié)點為PV節(jié)點，其他四個節(jié)點都是PQ節(jié)點。給定的注入電壓標幺值、線路阻抗標幺值、輸出功率標幺值如下表注釋。表1 各節(jié)點電壓標幺值參數(shù)UUUUUU1.051.001.001.001.001.05表2 線路、變壓器阻抗

5、標幺值 線路L2L3L4L5T1T2Y/2阻抗0.06+j0.250.04+j0.250.08+j0.300.1+j0.35j0.03j0.015j0.25表3 節(jié)點輸出功率節(jié)點功率2+j11.8+j0.41.6+j0.83.7+j1.35注：各PQ節(jié)點的電壓取1是為了方便計算和最后驗證程序的正確性。二、 N-R法的求解過程1、 給定個節(jié)點電壓初始值2、 將以上電壓初始值代入下式（1）式，求出修正方程式常數(shù)項向量。3、 4、 將電壓初始值代入下式（2）式，求出修正方程式中系數(shù)矩陣（雅可比矩陣）的元素（為2（n-1）階方陣）。5、 解修正方程式，求出修正量方法：高斯消元法，即將雅可比矩陣化簡為上

6、三角陣或下三角陣求雅可比矩陣的逆矩陣 修正各節(jié)點電壓6、將再代入（1）式，求出7、校驗是否收斂，其收斂條件為式中，為向量中大分量的絕對值。這個收斂條件比較直觀，它可以直接顯示出最終結(jié)果的功率誤差8、如果收斂，就進一步計算各段電力線路潮流和平衡節(jié)點功率，并打印出計算結(jié)果；如果不收斂，轉(zhuǎn)回3步進行下一次迭代計算，直到收斂為止。三、手算潮流計算用圖1和上表的數(shù)據(jù)和等值網(wǎng)絡(luò)計算節(jié)點導(dǎo)納矩陣1. 節(jié)點導(dǎo)納矩陣 由圖1可知，該系統(tǒng)以串聯(lián)支路的導(dǎo)納標幺值和對地并聯(lián)導(dǎo)納標幺值得等值電路如圖2所示?？傻脠D2的等值節(jié)點導(dǎo)納矩陣。對角線上的元素為：非對角線上的元素為： Y=2.計算各節(jié)點功率的修正方程的初始值（不平

7、衡量） 設(shè)各節(jié)點電壓初始值為： 根據(jù)上述N-R法的求解過程，將各節(jié)點電壓的初始值代入（1）式和（2）式，進行潮流計算，得節(jié)點功率和節(jié)點電壓：雅可比矩陣：J=修正各節(jié)點電壓： 四、計算機算法潮流計算導(dǎo)納矩陣=time =1JJ =E = 1.1000 1.1712 1.0291 0.9668 1.1667 1.1000F = 0 -0.1174 -0.1824 -0.3595 -0.0391 0.0358U =1.1000 1.1712-0.1174i 1.0291-0.1824i 0.9668-0.3595i 1.1667-0.0391i 1.1000+0.0358idU = 0.1712 -

8、0.1174 0.0291 -0.1824 -0.0332 -0.3595 0.1667 -0.0391 0 0.0358PQ =-2.0000 4.1863 -1.8000 0.1000 -1.6000 -0.3000 -3.7000 8.5726 5.0000 0time =2JJ =E = 1.1000 1.1208 0.9578 0.8007 1.1317 1.1008F = 0 -0.1321 -0.1605 -0.3271 -0.0785 -0.0054U =1.1000 1.1208-0.1321i 0.9578-0.1605i 0.8007-0.3271i 1.1317-0.0

9、785i 1.1008-0.0054idU = -0.0504 -0.0147 -0.0713 0.0219 -0.1660 0.0324 -0.0350 -0.0394 0.0008 -0.0412PQ =-0.3576 -1.0319 0.0288 -0.3150 0.0666 -0.5211 0.1533 -1.8333 -0.3787 -0.0013time =3JJ =E = 1.1000 1.1142 0.9438 0.7501 1.1271 1.0999F = 0 -0.1351 -0.1560 -0.3221 -0.0889 -0.0169U =1.1000 1.1142-0.

10、1351i 0.9438-0.1560i 0.7501-0.3221i 1.1271-0.0889i 1.0999-0.0169idU = -0.0065 -0.0030 -0.0140 0.0045 -0.0507 0.0050 -0.0046 -0.0105 -0.0008 -0.0114PQ =0.0000 -0.0509 -0.0099 -0.0207 -0.0154 -0.1040 0.0685 -0.0554 -0.0935 -0.0017time =4JJ =E = 1.1000 1.1136 0.9424 0.7436 1.1267 1.0999F = 0 -0.1355 -0

11、.1555 -0.3215 -0.0901 -0.0181U =1.1000 1.1136-0.1355i 0.9424-0.1555i 0.7436-0.3215i 1.1267-0.0901i 1.0999-0.0181idU = -0.0006 -0.0004 -0.0015 0.0005 -0.0065 0.0006 -0.0005 -0.0012 -0.0001 -0.0012PQ =0.0002 -0.0004 -0.0006 -0.0003 -0.0024 -0.0111 0.0011 0.0003 -0.0028 -0.0001time =5JJ =E = 1.1000 1.1

12、136 0.9423 0.7435 1.1267 1.0999F = 0 -0.1355 -0.1554 -0.3215 -0.0902 -0.0181U =1.1000 1.1136-0.1355i 0.9423-0.1554i 0.7435-0.3215i 1.1267-0.0902i 1.0999-0.0181idU = 1.0e-003 * -0.0104 -0.0063 -0.0255 0.0090 -0.1157 0.0106 -0.0077 -0.0207 -0.0010 -0.0207PQ = 1.0e-003 *0.0004 -0.0010 -0.0059 0.0003 -0

13、.0439 -0.1922 0.0050 0.0002 -0.0289 -0.0015time =6JJ =E = 1.1000 1.1136 0.9423 0.7435 1.1267 1.0999F = 0 -0.1355 -0.1554 -0.3215 -0.0902 -0.0181U =1.1000 1136-0.1355i 0.9423-0.1554i 0.7435-0.3215i 1.1267-0.0902i 1.0999-0.0181idU = 1.0e-007 * -0.0328 -0.0198 -0.0809 0.0286 -0.3674 0.0335 -0.0241 -0.0

14、654 -0.0030 -0.0652PQ = 1.0e-007 *0.0007 -0.0026 -0.0163 0.0023 -0.1421 -0.6090 0.0149 -0.0022 -0.0872 -0.0043平衡節(jié)點功率S1 = 4.7307 + 1.4446i節(jié)點間線路上的流動功率矩陣S =輸出電力線路功率總損耗dataS =個人心得經(jīng)過兩周的課程設(shè)計讓我學(xué)到了很多以前沒有學(xué)到的東西，首先讓我明白了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，必須經(jīng)過精密的設(shè)計和運算。在進行此次課程設(shè)計的過程中，加深了我對潮流計算的認識，尤其是對牛頓拉夫遜潮流計算的求解思路有了比較透徹的理解。同時整個求解過程中用到求節(jié)點

15、導(dǎo)納矩陣，求矩陣的逆陣等等，又讓我們遇到了很多問題，我們經(jīng)過查資料問同學(xué)、問老師，最后才把問題解決。使我對以前學(xué)過的知識有了一次很好的復(fù)習(xí)，同時也看到了我知識的欠缺，讓我明白我應(yīng)該學(xué)的東西還有很多，更是給我更多的激勵讓我以后會更加努力地學(xué)習(xí)。此次課程設(shè)計有讓我學(xué)到了一本新的知識Matlab的使用，起初我們經(jīng)過好大力氣才把程序設(shè)計出來，可是設(shè)計的題目里的數(shù)據(jù)又不收斂，我們反復(fù)演算了好多次，最后在老師的指導(dǎo)下改了幾個數(shù)據(jù)程序終于收斂了。而且在此次課程設(shè)計中，我發(fā)現(xiàn)了自己的基礎(chǔ)只是有很多的不足。這些基礎(chǔ)的缺乏給我的設(shè)計造成了不小的障礙，今后我會努力學(xué)習(xí)來彌補這些不足。在這個過程中，我明白了，只要用心

16、去做，認真去做，同學(xué)一起努力、團結(jié)，就會克服所有困難，取得最后的勝利。看到同學(xué)和自己設(shè)計的程序穩(wěn)定運行，心中也有一種成功的喜悅。通過此次的實習(xí)讓我發(fā)現(xiàn)手工的潮流計算和計算機潮流計算的優(yōu)缺，對于小系統(tǒng)來說手工計算很簡單，手工也很經(jīng)濟?？蓪τ诖笙到y(tǒng)來說手工計算是不可完成的任務(wù)，因此用計算機計算潮流是必不可少的，只要編好程序計算機就會給你一個自己想要的滿意答案。而且方便、簡單、準確。此次課程設(shè)計我能成功設(shè)計完成離不開同學(xué)們的幫助、團隊的合作以及老師細心的指導(dǎo)，在這里再次感謝老師的指導(dǎo)和同學(xué)的幫助。附錄：y11=1/0.03j;y12=-1/(1.05*0.03j);y13=0;y14=0;y15=0

17、;y16=0;y21=y12;y22=0.5j+1/(0.06+0.025j)+1/(0.04+0.25j)+1/(1.052)*0.03j);y23=-1/(0.06+0.025j);y24=0;y25=-1/(0.04+0.25j);y26=0;y31=y13;y32=y23;y33=0.5j+1/(0.06+0.025j)+1/(0.08+0.3j);y34=-1/(0.08+0.3j);y35=0; y36=0;y41=y14;y42=y24;y43=y34;y44=0.5j+1/(0.08+0.3j)+1/(0.1+0.35j);y45=-1/(0.1+0.35j);y46=0;y5

18、1=y15;y52=y25;y53=y35;y54=y45;y55=0.5j+1/(0.1+0.35j)+1/(0.04+0.25j)+1/(1.052)*0.015j);y56=-1/(1.05*0.015j);y61=0;y62=0;y63=0;y64=0;y65=y56;y66=1/0.015j;%輸入導(dǎo)納參數(shù)YB=y11 y12 y13 y14 y15 y16; y21 y22 y23 y24 y25 y26;y31 y32 y33 y34 y35 y36; y41 y42 y43 y44 y45 y46;y51 y52 y53 y54 y55 y56;y61 y62 y63 y64

19、y65 y66%形成導(dǎo)納矩陣%*牛頓拉夫遜法潮流計算* E(2)=1.00;E(3)=1.00;E(4)=1.00;E(5)=1.00;E(6)=1.1;F(2)=0;F(3)=0;F(4)=0;F(5)=0; F(6)=0; %設(shè)定電壓初始值G=real(YB);B=imag(YB); %提取導(dǎo)納實部,虛部分別為G,BS(2)=-2-1j;S(3)=-1.8-0.4j;S(4)=-1.6-0.8j;S(5)=-3.7-1.3j; S(6)=5;%設(shè)定注入功率初始值P=real(S);Q=imag(S); %提取注入功率實部,虛部分別為P,Qk=0;precision=0.1; %設(shè)定參數(shù)k為

20、迭代次數(shù)初值為0及精度大于0.00001N1=5;%設(shè)定除平衡節(jié)點外節(jié)點數(shù)之和while precision > 0.00001 E(1)=1.1;F(1)=0;%輸入平衡節(jié)點電壓實部,虛部e,f for m=2:N1+1 for n=1:N1+1 Pt(n)=(E(m)*(G(m,n)*E(n)-B(m,n)*F(n)+F(m)*(G(m,n)*F(n)+B(m,n)*E(n); Qt(n)=(F(m)*(G(m,n)*E(n)-B(m,n)*F(n)-E(m)*(G(m,n)*F(n)+B(m,n)*E(n);%以設(shè)定值計算的注入功率 end dP(m)=P(m)-sum(Pt);

21、dQ(m)=Q(m)-sum(Qt); %計算功率誤差endfor m=2:N1+1 for n=1:N1+1 Ai(n)=G(m,n)*E(n)-B(m,n)*F(n); Bi(n)=G(m,n)*F(n)+B(m,n)*E(n); end N(m,m)=sum(Ai)+G(m,m)*E(m)+B(m,m)*F(m);%計算dP/de H(m,m)=sum(Bi)-B(m,m)*E(m)+G(m,m)*F(m);%計算dP/df L(m,m)= -sum(Bi)-B(m,m)*E(m)+G(m,m)*F(m);%計算dQ/de J(m,m)= sum(Ai)-G(m,m)*E(m)-B(m,

22、m)*F(m);%計算dQ/df endfor m=2:N1+1 JJ(2*m-3,2*m-3)=N (m,m); JJ(2*m-3,2*m-2)=H(m,m); JJ(2*m-2,2*m-3)=L(m,m); JJ(2*m-2,2*m-2)=J(m,m); end %給雅可比矩陣的對角元素賦值for m=2:N1+1 for n=2:N1+1 if m=n else N(m,n)=G(m,n)*E(m)+B(m,n)*F(m); %計算dP/de H(m,n)=-B(m,n)*E(m)+G(m,n)*F(m); %計算dP/df L(m,n)=-B(m,n)*E(m)+G(m,n)*F(m)

23、; %計算dQ/de J(m,n)=-B(m,n)*F(m)-G(m,n)*E(m);%計算dQ/df%*給雅可比矩陣的非對角元素賦值* JJ(2*m-3,2*n-3)=N(m,n); JJ(2*m-3,2*n-2)=H(m,n); JJ(2*m-2,2*n-3)=L(m,n); JJ(2*m-2,2*n-2)=J(m,n); end end endfor i=1:8JJ(10,i)=0;%修正雅可比矩陣第十行1,到8元素為0endJJ(10,9)=2*E(6); %修正雅可比矩陣第十行9元素為2eJJ(10,10)=2*F(6);%修正雅可比矩陣第十行10元素為2f for m=1:N1 PQ(2*m-1)=dP(m+1); PQ(2*m)=dQ(m+1);end%寫PQ矩陣，奇數(shù)行為dP，偶數(shù)行為dQPQ(10)=1.